• 열처리공학회지
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• 제36권3호
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• pp.153-160
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• 2023

The use of biogas is an industrially necessary means to achieve resource circulation. However, since biogas obtained from waste frequently causes corrosion in pipes, it is important to elucidate corrosion mechanisms of the pipes used for biogas transportation. Recently, corrosion failure occurred in a pipe which supplied for the biogas at the speed of 12.5 m/s. Pinholes and pits were found in a straight line along the seamline of the pipe. By using corrosion-damaged samples, residual thickness, microstructure, and composition of oxide film and inclusion were examined to analyze the cause of the failure. It was revealed that the thickness reduction of biogas pipe was ~0.11 mm per year. A thin sulfuric acid film was formed on the surface of the interior of a pipe due to moisture and hydrogen sulfide contained in a biogas. Near the seamline, microstructure was heterogeneous and manganese sulfide (MnS) was found. Pits were generated by micro-galvanic corrosion between the manganese sulfide and the matrix in the interior of the pipe along the seamline. In addition, microcracks formed along the grain boundaries beneath the pits revealed that hydrogen-induced cracking (HIC) also contributed to accelerating the pitting corrosion.

• 자원환경지질
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• 제52권6호
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• pp.509-517
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• 2019

망간단괴를 주로 이루고 있는 망간산화물 버네사이트(7Å manganate, δ-MnO₂)는 지표의 주요한 망간 광물로서 다양한 합성법이 연구되어 있으며 또한 토도로카이트 합성의 전구물질이기도 하다. 본 연구에서는 기존에 연구된 합성방법들 가운데 산화-환원반응을 합성기작으로 하는 Feng et al.(2004)와 Luo et al.(1998)의 방법, 환원반응을 합성기작으로 하는 Ma et al.(1999)의 방법 총 3 가지 방법을 참고하여 버네사이트 합성 조건 중 합성에 사용되는 염기(OH^-)와 과망간산(MnO₄^-) 시약의 양이온 종류에 따른 합성 결과물의 특성을 연구하였다. 합성 시약의 양이온을 Na⁺와 K⁺ 두 이온으로 조합하여 총 12 가지 버네사이트를 합성하였다. 합성한 버네사이트의 구성 광물종은 XRD를 통해 동정하고 ICP를 통해 광물내의 두 이온 조성비를 측정하였다. 버네사이트를 전구물질로 한 부저라이트(buserite)를 열수처리한 생성물에 대한 XRD 분석 후 토도로카이트로의 상변이 유무 및 양상을 비교하였다. 그 결과 합성 방법마다 부산물 및 상전이 특성이 다른 경향성으로 나타났으며, 산화-환원반응기작 합성 방법에서 두 방법 모두 허스마나이트(hausmannite, γ-Mn₃O₄)와 페이크네타이트(feitknechtite, β-MnOOH)가 부산물로 생성되었다. Feng et al.(2004)의 방법에서는 망가나이트(manganite, γ-MnOOH) 상이 Na⁺가 지배적으로 존재하는 조건에서만 나타났다. 산화-환원반응 기작으로 합성한 두 가지 버네사이트는 공통적으로 NaOH, KMnO₄를 사용하여 합성한 시료에서 토도로카이트(todorokite, 10Å manganate, OMS-1)로의 상전이가 나타났다. Ma et al.(1999)의 방법에서는 단일 상의 버네사이트가 합성되었고, 양이온을 Na⁺으로만 합성한 시료에서만 상전이를 확인하였다.

• 전기화학회지
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• 제23권4호
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• pp.105-112
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• 2020

리튬이온 이차전지용 음극 활물질 중 전환반응을 거치는 전이금속 산화물은 높은 용량을 지니고 있으나, 아직 해결되어야 하는 여러 문제점을 지니고 있다. 본 연구에서는 새로운 음극 활물질로써 망간 피로인산화물(Mn₂P₂O₇) 및 니켈 피로인산화물(Ni₂P₂O₇)과 이를 포함하는 탄소 복합물질을 고상법으로 간단하게 합성하였다. 망간 피로인산화물 및 니켈 피로인산화물의 초기 가역용량은 각각 333 및 340 mAh g^-1의 용량을 나타내었으며, 탄소와 복합재료를 구성하면 각각 433 및 387 mAh g^-1로 가역용량이 증가하였을 뿐만 아니라 초기효율도 약 10% 정도 향상되었다. 망간 피로인산화물과 탄소와의 복합재료로 구성된 활물질이 가장 높은 초기용량과 효율을 지니며, 사이클 성능도 가장 우수하였다. 다중 음이온을 포함하는 망간 피로인산화물은 망간 산화물인 MnO와 비교하였을 때, 음이온의 질량이 크기 때문에 무게당 용량은 낮았지만, 전압곡선이 기울기를 지니는 형태를 나타내면서 충전(lithiation)전압은 0.51에서 0.57 V (vs. Li/Li⁺)로 높아지고, 방전(delithiation)전압은 1.15에서 1.01 V (vs. Li/Li⁺)로 낮아졌다. 따라서, 충전과 방전에서의 전압차이가 0.64 에서 0.44 V로 크게 감소하므로 전지의 전압효율이 개선되며, 방전과정에서 음극전위가 낮아지게 되어 완전지의 작동전압을 높일 수 있다.

• 전기화학회지
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• 제15권2호
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• pp.67-73
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• 2012

본 연구에서는 습식분쇄, 구형화 분무건조 및 열처리 공정을 통해 구형의 $LiMn_{2-x}M_xO_4$(M = Al, Mg, B) 스피넬계 양극소재를 합성하고, 이의 전기화학적 성능을 평가하였다. $MnO_2$ (Tosoh, 91.94%), $Li_2CO_3$ (SQM, 97%), $MgCO_3$ (Aldrich, 99%), $Al(OH)_3$ (Aldrich, 99%) 및 $B_2O_3$ (Aldrich, 99%)를 원료로 사용하였으며, 분무건조공정에서 전구체의 구형화도 증가를 위해 PAAH 바인더를 첨가하였다. 200~500 nm 크기로 분쇄된 혼합 슬러리 용액으로부터 분무건조법을 통해 구형의 전구체를 제조하고, 이를 다양한 조건에서 열처리하여 최종 스피넬계 $LiMn_{2-x}M_xO_4$ (M = Al, Mg, B) 양극소재를 제조하였다. 제조된 구형의 $LiMn_{2-x}M_xO_4$ (M = Al, Mg, B) 양극재료는 이종원소 치환량, 특히 Boron 치환량에 따라 입자 표면 및 내부의 치밀도가 변화하는 것을 확인할 수 있었으며, 치밀도가 증가함에 따라 소재의 출력특성이 향상되었으며, 최적 조성의 양극소재는 상온 5 C 용량이 0.2 C 용량 대비 90% 이상이 됨을 확인하였다. 또한 표면의 치밀도도 증가함에 따라 $60^{\circ}C$ 고온 충방전 조건에서 수명특성이 향상되어 500회 사이클 이후에도 초기용량의 80% 이상을 유지하였다.

• 전기화학회지
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• 제19권2호
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• pp.50-56
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• 2016

본 연구에서는 습식분쇄, 분무건조 및 열처리 공정을 통해 알루미늄 및 마그네슘이 치환된 구형의 스피넬계 $Li_{1.10}Mn_{1.86}Al_{0.02}Mg_{0.02}O_4$ 양극재료를 합성하였다. 이때 공정변수로는 전구체를 만드는 분무건조공정에서 고형분(20~30 wt%)을, 열처리 공정에서는 산소분위기 유무를 변수로 하였다. 제조된 모든 양극재료는 상온에서 매우 우수한 전지특성을 보여주었으나, 출력특성에 있어서는 5C 방전곡선이 기준이 되는 0.1C 방전곡선 대비 서로 상이한 거동을 보임을 확인하였다. 이러한 고출력 거동의 차이는 첫째, 충방전 곡선상에서 3.3 V(vs. $Li/Li^+$) plateau 구간의 반응 용량 측정을 통해 양극재료의 산소결함 수준의 차이로 인한 것임을 확인하였다. 공기분위기에서 제조한 양극재료는 산소분위기에서 제조한 것에 비해 두 배 이상의 plateau 거동을 보이고 있으며, 이러한 현상으로부터 제조된 양극재료의 산소결함 정도와 방전초기 과전압 정도는 상관관계가 있음을 확인할 수 있었다. 둘째로는 임피던스 측정을 통해 산출된 확산계수로부터 고형분이 상대적으로 낮은 상태에서 제조된 양극재료가 그렇지 않은 양극재료에 비해 상대적으로 절반 이하 낮은 값을 가지고 있음을 알 수 있었다. 또한 입자 내부 형상 분석을 통한 내부 치밀도 및 임피던스 분석을 통한 확산속도의 차이를 확인함으로써, 방전 말단의 과전압 거동은 입자 내부의 리튬이온 확산속도와 관련이 있음을 확인하였다. 확산계수는 고형분이 상대적으로 낮은 20 wt% 상태에서 제조된 양극재료의 경우가 가장 낮으며, 이는 동일 양극재료의 내부 공극률이 가장 높은 결과와 부합하는 것이다.

• 한국자기학회지
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• 제13권4호
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• pp.155-159
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• 2003

Sol-gel방법으로 합성한 Zn$_{0.7}$Mn$_{0.3}$O박막의 열처리 효과를 알아보기 위하여 X-선 회절(X-ray diffraction)을 이용하여 구조 분석을 실시하였다. 또한 주사전자현미경(FE-SEM)을 이용하여 시료의 topology와 energy dispersive spectroscopy(EDS) 분석을 통해 구성원소를 확인하였고, line scan X-ray mapping으로 위치에 따른 원소 함량 분포를 조사하였다. 또한 초전도양자간섭기(SQUID magnetometer)를 이용하여 열처리 전과 후의Zn$_{0.7}$Mn$_{0.3}$O박막의 5 K에서의 자기이력곡선(hysteresis loop)을 측정하여 열처리에 따른 자기 특성을 조사하였다. 열처리 전 110 Oe였던 보자력이 $700^{\circ}C$, 80$0^{\circ}C$로 열처리한 후에는 각각 360 Oe, 1035 Oe로 증가함을 확인하였다. 실험 결과로부터 본 연구에서 합성한 Zn$_{0.7}$Mn$_{0.3}$O박막이 강자성을 나타내는 원인은 박막 내에 존재하는 망간 산화물에 의한 것으로 판단된다.의한 것으로 판단된다.

• 대한화학회지
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• 제53권1호
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• pp.42-50
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• 2009

유전율-분광법과 교류 전도도 측정 연구를 망간이 혼입된 층상구조의 $Na_{1.9}Li_{0.1}Ti_3O_7$에 시도하였다. 373-723K 온도와 100Hz-1MHz 주파수 영역에서 loss 탄젠트 (Tan$\delta$), 상대적 유전율 ($\varepsilon_{r}$) 그리고 교류 전도 도 ($\sigma_{ac}$)의 의존성을 혼입 유도체들에 대하여 조사하였다. 다양한 전도도 메커니즘이 존재하는데 MSLT-1과 MSLT-2의 경우에는 낮은 온도영역에서 전자에 의한 전도도를 보인다. MSLT-3의 경우에는 금지된 층간 이온 전 도도가 전자 전도도와 함께 존재한다. 이러한 층간 이온 전도도는 모든 혼입 유도체들에 대하여 중간 온도 영역에 존재한다. 가장 높은 온도 영역에서는 MSLT-1과 MSLT-2의 경우에는 이온 전도도와 polaron에 의한 전도도가 존재하고 MSLT-3에 대하여는 이온 전도도 만이 존재한다. 망간이 혼입된 층상구조의 $Na_{1.9}Li_{0.1}Ti_3O_7$에서 Loss 탄젠트 (Tan$\delta$)는 전자 전도도와 쌍극자의 위치, 그리고 공간 전하 분극화에 기인한다. 상대적 유전율의 증가는 층간 에 쌍극자 수의 증가에 기인하고 반면 상대적 유전율의 감소는 높은 혼입율에 따른 누전 전류의 증가에 기인한다.

• 자원리싸이클링
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• 제11권1호
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• pp.3-8
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• 2002

고탄소페로망간을 중저탄소페로망간으로 제조하는 AOD공정에서 발생되는 분진은 약 90%가 $Mn_3$$O_4$이므로, 이를 이용하여 soft ferrite의 원료인 고순도 $Mn_3$$O_4$분말을 제조하기 위해서는 침출한 액의 Mn을 더욱 정제하여야 한다. 분진을 활성탄으로 배소하여 MnO로 환원시키고, 상온의 4N 염산수용액에 180g/L의 환원된 분진을 첨가하면 용액의 pH가 5이상이 되고 Fe와 Si가 침전으로 제거된 약 10%의 망간침출액이 얻어진다. Mn의 농도가 약 15000 ppm이 되도록 희석한 $70^{\circ}C$의 침출액에 F의 농도가 3000ppm이 되도록 $NH_4$F를 첨가하면 Ca가 침전하여 약14 ppm이하로 제거된다. Ca를 침전시킨 상징액에(NH$ 1.5M_4$)$_2$$CO_3$수용액을 2L/min으로 Mn의 당량만큼 첨가하면 미립의 고순도 $MnCO_3$가 침전한다. 침전을 여과하고 건조한 후에 $1000^{\circ}C$에서 2 시간 소성하면 median size가 $8.2mu$m인$ Mn_3$O$_4$를 얻을 수 있다. 제조된 산물은 99%이상의 순도로 soft ferrite용 Mn$O_3$$_4$분말의 규격을 만족한다.

• 한국광물학회지
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• 제23권4호
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• pp.281-295
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• 2010

비오염토양, 폐광산 주변토양, 산업단지 주변토양을 채취하여 X-선 회절분석, pH, 전기전도도, 양이온교환능력, 작열감량, 산화철 산화망간 함량, 중금속 함량 및 중금속 존재형태와 토양대자율의 상관관계를 파악하였다. 시료의 X-선회절분석 정량분석결과 비오염지역 토양에서는 모암에 따라 다양한 광물이 분포하고 있지만, 적철석과 자철석은 거의 관찰되지 않았다. 폐광산 주변토양은 폐광석, 광물찌꺼기 등의 영향으로 적철석이 많이 확인되었고, 일부 시료에서는 자철석도 존재하였다. 산업단지 주변시료에서는 방해석과 철백운석 등의 탄산염 광물들이 대부분의 시료에서 확인되었다. 중금속의 존재형태를 파악하기 위한 연속추출 실험 결과, 폐광산 주변지역 토양시료에서 철, 망간, 중금속 원소들은 reducible, oxidizable, residual 단계별 추출 형태로 80% 이상, 산업단지 주변시료에서는 50% 이상 존재하였다. 산업단지 주변시료의 경우, 탄산염 광물의 영향으로 carbonate 형태가 높게 나타났다. 왕수로 추출된 철, 망간, 비소, 아연 함량은 산화철/산화망간 형태를 지시하는 dithionite-citrate-bicarbonate (DCB) 용출 함량과 매우 밀접한 정의 상관관계를 보여주었다. 철과 비소는 각각 왕수추출함량의 54%, 58%가 산화철/산화망간 형태과 함께 거동하는 것으로 나타났다. 대자율은 $0.005{\sim}2.131{\times}10^{-6}m^3kg^{-1}$의 범위로서, 시료 내에 적철석, 자철석 등 산화철 광물이 존재할 경우 대자율이 높게 측정되었다. 토양 내 중금속 함량과 대자율의 상관관계를 살펴본 결과 철 (r=0.608, p<0.01), 망간(r=0.615, p<0.01)과 유의한 정의 상관관계를 보였으며, 카드뮴(r=0.544, p<0.05), 크롬(r=0.714, p<0.01), 니켈(r=0.645, p<0.05), 납(r=0.703, p<0.01), 아연(r=0.496, p<0.01) 등의 중금속 원소와도 유의한 정의 상관관계를 보였다. 철, 망간 및 중금속원소들 간의 상관관계를 살펴본 결과, 왕수로 용출된 철, 망간 함량과 카드뮴, 크롬, 구리, 니켈, 아연 등의 중금속 함량이 정의 상관관계를 보이고 있다. 또한 산화철 및 산화망간 함량은 비소 및 니켈 함량과 밀접한 상관성이 있는 것으로 나타났다. 이는 비소와 니켈은 산화철 산화망간에 흡착되어 함께 거동함을 암시한다.

• 전기화학회지
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• 제15권3호
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• pp.172-180
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• 2012

리튬이온전지의 양극소재인 $LiMn_2O_4$를 다양한 모양과 크기의 망간산화물 및 망간수산화물 전구체를 사용해서 합성하였다. 첫 번째 단계로 수열합성법이나 침전법을 사용하여 ${\alpha}-MnO_2$, ${\beta}-MnO_2$, $Mn_3O_4$, amorphous $MnO_2$ 및 $Mn(OH)_2$ 등의 전구체를 합성하였고, 두 번째 단계로 이들 전구체로부터 고상법을 사용하여 다양한 형태의 $LiMn_2O_4$를 제조하였다. 합성된 $LiMn_2O_4$의 특성은 주사전자현미경과 XRD Rietveld구조분석을 통해 확인하고, Li coin cell로 조립하여 전극특성을 측정하였다. 500 nm크기의 팔면체(nano-octahedron) $LiMn_2O_4$가 1 C-rate와 50 C-rate에서 각각 107 mAh $g^{-1}$, 99 mAh $g^{-1}$의 높은 전지용량을 나타내며, 다양한 방전전류에서 가장 우수한 전기화학적 특성을 보인다. 3차원 팔면체 결정입자가 1차원 막대모양이나 2차원 판상모양의 다른 형태의 $LiMn_2O_4$보다 구조적 안정성도 우수한 것으로 평가된다. 또한 10 C-rate의 높은 전류로 500회 충 방전이 진행된 후에도 nano-octahedron $LiMn_2O_4$는 단지 5%의 용량감소(95% capacity retention)로 우수한 전극특성을 나타냈다.